Drosselspule mit einem Kern aus ferromagnetischem Material

Abstract

 Es wird eine stromkompensierte Drosselspule mit einem Kern (1) aus ferromagnetischem Material zur Unterdrückung von hochfrequenten Störsignalen in einer elektrischen Schaltung eines Zweispannungssystems beschrieben.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Drosselspule mit einem Kern aus ferromagnetischem Material zur Unterdrückung von hochfrequenten Störsignalen in einer elektrischen Schaltung. Eine derartige Drosselspule ist beispielsweise aus der DE 198 08 341 A1 bekannt. Bei dieser Drossel trägt der Kern zwei Teilwicklungen, die in einem Schaltkreis in Reihe geschaltet und gegensinnig zueinander gewickelt sind. Aufgrund der unterschiedlichen Stomführungsrichtungen durch die beiden Teilwicklungen wird dabei eine sogenannte stromkompensierte Drossel geschaffen. Dabei werden durch die beiden Teilwicklungen jeweils gegensinnig zueinander orientierte Magnetfelder aufgebaut, die sich überlagern und kompensieren, so daß eine Vormagnetisierung des Kerns, insbesondere eine Sättigungsmagnetisierung, vermieden wird, welche ansonsten die Drosselwirkung beeinträchtigen oder gar zunichte machen würde.

[0002] Aufgabe der Erfindung ist es, den Einsatz einer stromkompensierten Drossel in einem Zwei- oder Mehrspannungssystem, bestehend aus zwei oder mehreren Schaltkreisen, in einfacher und kostengünstiger Weise zu realisieren.

[0003] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Kern eine erste Wicklung trägt, die in dem Strompfad (I ₁) angeordnet ist, der auf dem Spannungspotential U₁ des ersten Schaltkreises liegt. Daneben trägt der Kern eine zweite Wicklung, die in dem Strompfad (I₂) angeordnet ist, der auf dem Spannungspotential U₂ des zweiten Schaltkreises liegt. Die korrespondierenden Strompfade (I ₁, I ₂ ) der beiden Schaltkreise, die auf dem gleichen Spannungspotential U₀ (Masse) liegen, sind zu einem gemeinsamen Referenzstrompfad (I ₁ + I ₂ ) zusammengeführt, in dem eine dritte von dem Kern getragene Wicklung angeordnet ist. Dabei sind die Windungszahlen der drei Wicklungen gleich groß, wobei die Richtung des Stromflusses durch die erste Wicklung und die Richtung des Stromflusses durch die zweite Wicklung so geschaltet sind, daß die von den beiden Strömen jeweils erzeugten magnetischen Flüsse gleichsinnig orientiert sind, und wobei die Richtung des Stromflusses (I ₁ + I ₂) durch die dritte Wicklung (10) so geschaltet ist, daß der von dem Strom in der dritten Wicklung erzeugte magnetische Fluß gegensinnig zu den magnetischen Flüssen in den beiden ersten Wicklungen orientiert ist.

[0004] Auf diese Weise wird in einfacher und kostengünstiger Weise bei Vewendung von nur einem Kern und drei Wicklungen eine stromkompensierte Drossel für zwei Schaltkreise eines Zweispannungssystems geschaffen. Bei Verwendung einer Drosselspule gemäß DE 198 08 341 A1 wären hierfür zwei Kerne und 4 Wicklungen notwendig gewesen. Der Umstand, daß nur ein Kern - anstelle von sonst zweien - benötigt wird, hat darüber hinaus den Vorteil der Platz- und Gewichtsersparnis.

[0005] Die Erfindung bezieht sich mit anderen Worten auf ein Mehrspannungssystem, bestehend aus zwei oder mehreren Schaltkreisen zur Ansteuerung und/oder zum Betrieb von einer oder mehreren elektrischen Einrichtungen, wobei die Schaltkreise stromführende Hinleiter aufweisen, die sich auf verschiedenen Spannungspotentialen befinden, und stromführende Rückleiter aufweisen, die sich auf einem gemeinsamen Spannungspotential befinden. Dabei ist die Strombilanz so, daß die Summe der Ströme, die über die Hinleiter fließen gleich der Summe der Ströme ist, die über die Rückleiter fließen. Die der Erfindung zugrunde liegende Idee ist es, Hinleiter mit gleichem Spannungspotential zusammenzufassen und über eine gemeinsame vom Kern getragene Wicklung zu führen und anschließend wieder aufzuteilen. Zur Vermeidung der störenden Sättigungsmagnetisierung werden nun alle Rückleiter, die sich ja auf gleichem Spannungspotential befinden, zusammengefasst und über eine gemeinsame vom Kern getragene Wicklung geführt und danach gegebenenfalls wieder aufgeteilt.

[0006] Anhand der beigefügten Zeichnungen soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden. Es zeigt:

Figur 1

ein Zweispannungssystem mit zwei Schaltkreisen zum Betrieb von zwei elektrischen Verbrauchern,

Figur 2

ein Zweispannungssystem zum Betrieb eines elektrischen Verbrauchers über einen Gleichspannungswandler,

Figur 3

eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Drosselspule,

Figur 4

eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Drosselspule,

Figur 5

die Ansicht eines Zweispannungssystems wie in der Figur 1, jedoch mit einem Ringkern in der abgerollten Darstellung.

[0007] Figur 1 zeigt ein Zweispannungssystem zum Betrieb von zwei elektrischen Verbrauchern (V1, V2), die mit unterschiedlichen Spannungen (U₁, U₂) zu betrieben sind. Der erste Schaltkreis besteht aus einem Strompfad, der auf dem Spannungspotential U₁ liegt und als Hinleiter für den Strom (I ₁) zum Verbraucher (V1) dient, sowie einem Strompfad, der auf Massepotential liegt und als Rückleiter für den Strom (I ₁) vom Verbraucher (V1) weg dient. Der zweite Schaltkreis besteht aus einem Strompfad, der auf dem Spannungspotential U₂ liegt und als Hinleiter für den Strom (I ₂) zum Verbraucher (V2) dient, sowie einem Strompfad, der auf Massepotential liegt und als Rückleiter für den Strom (I ₂) vom Verbraucher (V2) weg dient. Dabei sind die beiden äquipotentialen Rückleiter zu einem gemeinsamen Referenzstrompfad (I ₁ + I ₂ ) zusammengefasst und über eine gemeinsame Wicklung (10) geführt. Zu diesem Zweck weisen die Anschlussleitungen dieser Wicklung (10) vorzugsweise jeweils eine Verzweigung/Knotenpunkt (10A, 10B) jeweils zum Anschluß der beiden Rückleiter-Strompfade auf. Es ist jedoch auch vorgesehen, daß eine Anschlußleitung dieser Wicklung (10) keine Verzweigung aufweist, wobei der Rückleiter dort dann einadrig verläuft. In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, daß keine der Anschlußleitungen dieser Wicklung (10) eine Verzweigung aufweist, so daß beide Schaltkreise sich einen einzigen einadrigen Masse-Rückleiter teilen. Neben der Rückleiter-Wicklung (10) sind noch zwei Wicklungen (11, 12) für die spannungsungleichen Hinleiter vorgesehen. Alle drei Wicklungen (10, 11, 12) werden von einem gemeinsamen Kern (1) getragen, der hier durch die gestrichelte Linie nur angedeutet ist. Dabei sind die Windungszahlen der drei Wicklungen jeweils gleich groß, damit der magnetische Fluß (Φ₀), der durch den durch die Rückleiterwicklung (10) fließenden Strom (I ₁ + I ₂ ) erzeugt wird, auch durch die in den Hinleiterwicklungen (11, 12) erzeugten magnetischen Flüsse (Φ₁, Φ₂) kompensiert wird.

[0008] Der Kern (1) ist vorzugsweise als Kern mit einem geschlossenem magnetischen Weg, insbesondere als ringförmiger Kern (siehe Figur 3), ausgeführt, da diese Ausführung nur eine geringe magnetische Streuung aufweist. Dabei sind die drei Wicklungen (10, 11, 12) vorzugsweise im Abstand von 120⁰ auf dem Ringkern (1) angeordnet.

[0009] Es kann jedoch im Rahmen der Erfindung auch ein Kern mit einem reckteckigen Querschnitt oder auch ein nicht geschlossener Kern, wie zum Beispiel ein stabförmiger Kern, eingesetzt werden.

[0010] Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Drosselspule mit einem ringförmigen Kern (1) und den drei Wicklungen (10, 11,12). Figur 4 zeigt eine entsprechende Seitenansicht dieser Drosselspule. Dort sind auch die Verzweigungen (10A, 10B) an den Anschlußleitungen der Rückleiter-Wicklung (10) zu erkennen.

[0011] Figur 5 zeigt ein Zweispannungssystem wie in der Figur 1 mit einem Ringkern (1) in der abgerollten Darstellung und den darauf befindlichen Wicklungen (10, 11, 12). Dort sind auch die von dem Stromfluß durch die jeweilge Wicklung erzeugten magnetischen Flüsse (Φ₀, Φ₁, Φ₂) symbolisch eingezeichnet. Im dargestellten Fall ist der Strom (I ₁ ), der durch die erste Wicklung (11) fließt, halb so groß wie der Strom (I ₂ ), der durch die dritte Wicklung (12) fließt, d.h. I ₂ = 2 I ₁ . Dementsprechend groß sind auch die magnetischen Flüsse. Da die Richtung des Stromflusses durch die erste Wicklung (11) und die zweite Wicklung (12) so geschaltet ist, dass die magnetischen Flüsse (Φ₁, Φ₂) gleichsinnig orientiert sind, addieren sich diese magnetischen Flüsse zu einem magnetischen Fluß von der Größe 3 Φ₁. Die Richtung des Stromflusses (I ₁ + I₂) durch die dritte Wicklung (10) ist so geschaltet, daß der von dem Strom (I ₁ + I ₂) in der dritten Wicklung (10) erzeugte magnetischer Fluß (H₀) gegensinnig zu den Flüssen in den beiden ersten Wicklungen (11,12) orientiert ist. Da die Windungszahlen der Wicklungen (10, 11, 12) gleich groß sind, wird der magnetischer Fluß insgesamt zu Null kompensiert.

[0012] Figur 2 zeigt die Verwendung der erfindungsgemäßen Drosselspule in einer elektrischen Schaltung, die einen Gleichspannungswandler (DC/DC-Wandler) umfasst, um ausgehend von einem ersten Spannungspotential (U₁) ein zweites Spannungspotential (U₂) zur Verfügung zu stellen. Eine derartige Schaltung findet sich zum Beispiel in einem Zweispannungsbordnetz eines Kraftfahrzeuges, wo die Unterdrückung von hochfrequenten Störsignalen aus Gründen der elektromagnetischen Verträglichkeit sehr wichtig ist. Auch hier gibt es zwei Strompfade, die auf einem unterschiedlichen Spannungspotential liegen und zwei Strompfade, die auf einem gemeinsamen Spannungspotential (Masse) liegen.

Ansprüche

1. Drosselspule mit einem Kern (1) aus ferromagnetischem Material zur Unterdrückung von hochfrequenten Störsignalen in einer elektrischen Schaltung, die aus mindestens zwei Schaltkreisen besteht, wobei

- der erste Schaltkreis einen Strompfad (I ₁) aufweist, welcher auf dem Spannungspotential U₁ liegt, und einen Stromppfad aufweist, welcher auf dem Spannungspotential U₀ liegt,

- der zweite Schaltkreis einen Strompfad (I ₂) aufweist, welcher auf dem Spannungspotential U₂ liegt, und einen Stromppfad aufweist, welcher auf dem Spannungspotential U₀ liegt,

dadurch gekennzeichnet, daß

- der Kern (1) eine erste Wicklung (11) trägt, die in dem Strompfad (I₁) mit dem Spannungspotential U₁ des ersten Schaltkreises angeordnet ist,

- der Kern (1) eine zweite Wicklung (12) trägt, die in dem Strompfad (I₂) mit dem Spannungspotential U₂ des zweiten Schaltkreises angeordnet ist,

- die Strompfade der beiden Schaltkreise, die auf dem gleichen Spannungspotential U₀ liegen, zu einem gemeinsamen Referenzstrompfad (I ₁+ I ₂) zusammengefasst sind,

- der Kern (1) eine dritte Wicklung (10) trägt, die in dem gemeinsamen Referenzstrompfad (I ₁ + I ₂ ) angeordnet ist, wobei

- die Windungszahlen der drei Wicklungen gleich groß sind,

- die Richtung des Stromflusses (I ₁) durch die erste Wicklung (11) und die Richtung des Stromflusses (I ₂) durch die zweite Wicklung (12) so geschaltet sind, daß die von den beiden Strömen jeweils erzeugten magnetischen Flüsse (Φ₁, Φ₂) gleichsinnig orientiert sind,

- die Richtung des Stromflusses (I ₁ + I ₂) durch die dritte Wicklung (10) so geschaltet ist, daß der von dem Strom (I ₁ + I ₂) in der dritten Wicklung (10) erzeugte magnetische Fluß (Φ₀) gegensinnig zu den magnetischen Flüssen in den beiden ersten Wicklungen (11,12) orientiert ist.

2. Drosselspule nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Kern (1) als Kern mit einem geschlossenem magnetischen Weg ausgeführt ist.

3. Drosselspule nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
dieselbe einen ringförmigen Kern (1) aufweist.

4. Drosselspule nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
die drei Wicklungen (10, 11, 12) im Abstand von 120⁰ auf dem Ringkern (1) angeordnet sind.

5. Drosselspule nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
dieselbe einen rechteckförmigen Kern (1) aufweist.

6. Drosselspule nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens eine der Anschlußleitungen der dritten Wicklung (10) eine Verzweigung (10A, 10B) zum Anschluß der jeweils beiden Strompfade, welche auf dem Spannungspotential U₀ liegen, aufweist.

Zeichnung